外源腐胺调控干旱胁迫下Thymus daenensis萜类合成基因表达及精油成分的作用机制研究

本研究针对干旱胁迫下药用植物Thymus daenensis精油合成调控机制不明确的问题，通过外源施加腐胺(Put)探究其对游离多胺含量、萜类合成关键基因(DXR和TPS2)表达及精油成分的影响。研究发现Put通过上调TPS2和下调DXR表达，显著增加γ-萜品烯和p-伞花烃等前体物质含量，同时调节内源多胺水平，增强植物抗旱适应性。该研究为利用生物刺激剂提高药用植物抗逆性和次级代谢物产量提供了理论依据。

在气候变化加剧的背景下，干旱胁迫已成为影响药用植物生长和次级代谢物积累的关键环境因素。Thymus daenensis作为一种伊朗特有的芳香药用植物，其精油中含有丰富的百里香酚和香芹酚等具有强抗氧化和抗菌活性的化合物。然而，干旱胁迫如何影响该植物萜类化合物的生物合成途径，以及能否通过外源调控手段增强其抗逆性，仍是亟待解决的科学问题。

多胺(Polyamines, PAs)作为一类小分子脂肪族含氮化合物，在植物应对逆境胁迫中扮演着重要角色。其中腐胺(Putrescine, Put)作为多胺生物合成途径的核心代谢物，已被证明能够通过调节气孔导度、增强渗透调节能力和调控氧化应激反应来缓解干旱造成的损伤。但是，Put如何影响Thymus daenensis在干旱胁迫下的基因表达模式、多胺代谢谱和精油组成变化，尚未有系统研究。

为此，Shahroudi等研究人员在《BMC Plant Biology》上发表了最新研究成果，探讨了外源Put对干旱胁迫下Thymus daenensis的精油组成、游离多胺含量及相关基因表达的影响。该研究不仅揭示了Put在调节植物抗旱适应性中的分子机制，也为提高药用植物次级代谢物产量的农业实践提供了新思路。

研究人员主要采用了几项关键技术方法：使用15% PEG-6000模拟干旱胁迫处理六周龄植株；通过RT-qPCR分析DXR和TPS2基因表达；采用HPLC技术测定游离多胺含量；利用GC-MS进行精油成分分析。所有实验均设三次重复，确保数据可靠性。

相对精油化合物含量变化

研究发现在干旱胁迫条件下，百里香酚含量增加了4.4%，而外源Put处理在非胁迫条件下使百里香酚增加9.5%，在干旱胁迫下却降低了16.37%。香芹酚含量在干旱下减少6.25%，Put处理在两种条件下均使其含量降低。p-伞花烃在干旱下显著减少43.14%，但Put在干旱条件下使其增加56%。最具戏剧性的是γ-萜品烯的变化：Put在正常条件下使其增加89.6%，而在干旱胁迫下使其含量惊人地增加了28.5倍。

基因表达(DXR和TPS2)分析

DXR基因在干旱胁迫下表达上调13.3倍，Put单独处理仅引起1.5倍增加，而两者联合处理产生5.7倍增加。TPS2基因在干旱下轻微上调1.52倍，Put单独处理使其表达增加23.3倍，联合处理仍保持4.17倍增加。这表明Put对TPS2表达有强烈促进作用，而对DXR表达主要受干旱胁迫主导。

游离多胺(PAs)含量测定

干旱胁迫使内源腐胺含量降低26.3%，对亚精胺(Spd)含量无显著影响。然而，在干旱胁迫下施加外源Put使游离Put和Spd含量分别增加55%和23.1%，表明外源Put能够恢复植物体内的多胺平衡。

研究结论表明，外源腐胺处理通过调节Thymus daenensis中萜类生物合成关键基因的表达，显著影响精油组成。Put上调TPS2和下调DXR表达的模式导致γ-萜品烯和p-伞花烃等前体物质积累增加，而百里香酚和香芹酚含量减少。同时，Put处理恢复了干旱胁迫下内源多胺水平，特别是Put和Spd的含量。

这些发现强调了多胺不仅在代谢保护中发挥作用，还可能作为信号分子介导应激响应通路。外源Put作为一种天然、环保的生物刺激剂，在提高药用植物抗旱性和植物化学品质方面展现出巨大潜力。该研究为开发基于多胺的农业管理策略提供了重要理论基础，对于在气候变化背景下维持药用植物资源的可持续利用具有重要意义。

未来的研究应着重阐明Put诱导反应的信号网络机制，探索与其他缓解胁迫化合物的协同效应，并评估Put处理植物在田间条件下的长期农艺表现。将基于Put的方法与育种或生物技术策略相结合，可进一步优化芳香药用植物的应激适应和次级代谢物生产能力。